研究課題
本研究では未知の凝縮相である量子スピン液体に対して熱ホール効果の探索を行い、そのスピン励起の熱ホール効果の測定から、スピン素励起の持つスピンカイラリティなどの、これまで測定できなかった物理量を明らかにすることを目的としている。今年度は量子スピン液体を実現する候補物質の一つであるカゴメ格子反強磁性体Cdカペラサイトの熱ホール測定を行った結果、非常に明瞭な熱ホール効果を観測することができた。また、その熱ホール効果にはスピンによる寄与だけでなく、フォノンによる寄与も含まれることが分かった。絶縁体で熱を運ぶこれら２つの励起はともに電荷中性励起であるから、それが熱ホール効果を示すことは非常に不思議な結果である。特に、磁気秩序相でスピンによる寄与が消えるときにフォノンによる寄与も同時に消えることから、スピンとフォノンの間の相互作用が非常に重要であることが分かった。これは起源が不明なこれらの電荷中性励起の熱ホール測定を解明するうえで、重要な発見だと考えている。さらに、量子化された熱ホール効果が報告されたキタエフ磁性体の物質で、先行研究と同様の熱ホール効果の観測に成功した。複数の試料に対して測定を行った結果、量子化された熱ホール効果を示す試料があった一方で、非常に小さな熱ホール効果しか示さない試料があることがわかった。その試料依存性を詳しく調べた結果、フォノンに対する散乱と何らかの相関があることがわかった。これは量子化熱ホール効果を安定化させている機構について重要な知見をもたらす結果だと考えている。
2: おおむね順調に進展している
研究計画の採択後に、熱ホール効果を示す可能性のある有力な候補物質が次々と見つかっており、その研究対象が大きく広がっている。これらの物質の測定によって、当初は予想だにしなかった知見が得られた一方、当初の計画になかった物質の熱ホール測定が必要になった結果、当初の計画自体には遅れが出てしまった。しかし、全体としてはおおむね順調に成果が出ていると考えている。
コロナ問題によって必要な測定ができない状況が３月末から続いている。今後の方策は極めて不透明であるが、制限が解除され次第、測定を再開して研究を進める。
すべて 2020 2019 その他
すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)
Physical Review B
巻: 101 ページ: 140407～140407
10.1103/PhysRevB.101.140407
Journal of the Physical Society of Japan
巻: 89 ページ: 024705～024705
10.7566/JPSJ.89.024705
巻: 88 ページ: 083702～083702
10.7566/JPSJ.88.083702
Journal of Physics: Condensed Matter
巻: 32 ページ: 074001～074001
10.1088/1361-648X/ab50e9
